Электронный луч и его характеристики

Электроны представляют собой отрицательно заряженные частицы (заряд электрона e=1.6 10^-19Кл) с массой покоя m₀=9.1 10^-31кг.

Электронный луч – это поток отрицательно заряженных электронов, движущихся от катода к аноду под действием ускоряющего электрического поля. Электронная пушка состоит из катода, нагревателя катода, анода, на который подается ускоряющее напряжение U_уск. В катодах прямого накала нагреватель отсутствует – нагревателем является сам катод, эмитирующий электроны.

Электронная пушка находится в вакуумной камере ВК, где остаточное давление Pгаза не выше 10^-4 миллиметра ртутного столба.

Скорость движения электрона зависит от величины ускоряющего напряжения U_уск. На электрон, вылетевший с поверхности нагретого катода, действует напряжение U_уск, приложенное между анодом и катодом. Анодом в реальных технологических электронно-лучевых установках является координатный стол или деталь. Анод заземлен, т.е. имеет нулевой потенциал.

Схема электронно-лучевой установки представлена на рис. 4.1

Рис. 4.1 Схема электронно-лучевой установки: 1-катод; 2-электростатический фокусирующий электрод; 3 – управляющий электрод; 4 – фокусирующая система; 5-отклоняющая система; 6 – деталь; 7- электронный луч; 8- вакуумная камера.

Под действием приложенного ускоряющего напряжения U_ускэлектрон начинает двигаться от катода к аноду (рис. 4.1).

Энергия W_эл приложенного электрического поля равна

W_эл=eU_уск, (4.1)

Так как электрон движется со скоростью v, то он будет обладать кинетической энергией, равной

W_к=m₀v²/2, (4.2)

где m₀ – масса покоя электрона.

Учитывая, что движение электрона происходит в вакууме, т.е. без рассеяния энергии на столкновение с молекулами остаточного газа, то мы можем правые части равенств (4.1) и (4.2) приравнять. В результате получим

eU_уск= m₀v²/2, (4.3)

Из равенства (4.3) будем иметь

, (4.4)

Из (4.4) видим, что скорость электронов зависит от величины ускоряющего напряженияU_уск. Мощность электронного луча определяется соотношением:

P_эл=I_элU_уск, (4.5)

Сила ток луча I_элравна6

I_эл=j_элS_к, (4.6)

где j_эл­ плотность электронного тока в луче, А/м², S_к – площадь поперечного сечения электронного луча.

Плотность тока электронного луча можно считать равным плотности тока j_эм эмиссии:

j_эл=к j_эм, (4.6)

где к- константа, близкая к 1 и зависящая от конструкции электронной пушки.

Значение плотности тока эмиссии j_эм катода можно определить из выражения

j_эм= BT²exp(-A_p/кT), (4.7)

где В – константа, равная 1.2 10⁶ А/м²,

Т – температура поверхности катода,

А_р – работа выхода электрона из материала (для металлов изменяется 1.8-4.5 эВ),

к – постоянная Больцмана (1.38 10^-23 Дж/К).

Из выражения (4.5) видно, что мощность электронного луча (ЭЛ) зависит от тока луча I_эли от величины ускоряющего напряжения U_ускТо есть одно и то же значение мощности можно реализовать при совершенно различныхI_эли U_уск.

Дата добавления: 2017-02-01